This work was supported in part by a Davis Heart and Lung Research Institute Trifit Award, as well as by the Intramural Research Program of the NIH National Institute on Aging.

このプロトコルは、によって承認され、人体実験のためのオハイオ州立大学施設内倫理委員会のガイドラインに準拠しています。 MR装置に関連するすべての手順は、MRの安全性59の最高水準に付着十分に訓練を受けた要員によって実行されることが非常に重要です。 1.材料と準備<ol><li>すべての必要な材料は、実験前（ 図2）に利用可能であることを確認してください。 </li><li>ボアに最も近い試験テーブルの最後にでテーブルコイルコネクタに31 Pコイルを接続します。 MR試験のテーブルの先頭付近に大きな三角形のフォームクッションを置き、直接ではなく31 Pコイルに。対象の快適さのために、MR検査表、穴から最も遠いのもう一方の端にヘッド枕を置きます。 </li></ol> 2.件名のポジショニング（図3a） <ol><li>仰臥位、足を横にするために、被験者に指示MRテーブルの最初の。部分的に屈曲位で足をサポートするために、膝の下にフォームクッションを置きます。 </li><li>このように、検査中の大腿筋に最適なB0の均一性を確保し、可能な限りマグネットアイソセンタに同様に密接に左太ももをセンタリングするために、位置表の右側に近い対象（対象者の権利を）。耳栓および/またはヘッドフォンを対象に提供します。 </li><li>膝蓋骨と大腿骨頭間の約中間点に左大腿四頭筋に31 PのRFコイルを置き、ストラップを使用して、脚に固定します。外側広筋の上に、脚部の横部分の上にコイルを配置します。 </li><li>脚部にコイルを固定するために使用されるのと同じストラップで太ももの内側面にベビーオイルを固定します。これは、スキャン局在化を促進します。 </li><li>コイルの下に膝の上に配置されたストラップと一緒に被験者の足をバインドします。追加ストラとMRテーブルに対象者の足を確保psの、膝と膝と足首の間に1つの中間に上記1。 </li><li>コイルの中心を描くと、このセンタリングランドマークを使用して、磁石のアイソセンタにテーブルを移動するためにレーザー光ガイドを使用してください。 </li></ol> 3.運動プロトコル<ol><li>運動プロトコルは、3つのフェーズで構成され、対象に説明：初期、ベースライン相;短い、激しい運動段階;そして、回復期。 </li><li>まだ嘘とモーションアーチファクトを最小限にするために、分光取得のベースラインと回復の段階で自分の足の筋肉をリラックスする対象を指示します。 </li><li>運動の開始を示す対象にカウントダウンを提供します。この時点で、対象は、ストラップの抵抗に抗して、可能な限り迅速にとして強制的に膝伸展/屈曲を開始しています。 注：大腿四頭筋が停止するように指示されるまで、上下左下肢を移動するために使用されています。 </li><li> 30％低下した後に運動を終了PCRピーク高さです。 <ol><li>取得ビューアウィンドウ内のPCRピーク高さを観察し、また運動シーケンスの完了時に、それを表示します。 注：一般的なガイドラインをPCRピークの高さの約30％の低下をPCRピークの高さの50％であるのPiピークに対応することです。 PCR枯渇は試験の運動相中に30％の低下を達成するのに十分迅速に発生していない場合は、硬いまたはより高速運動中にキックする対象を奨励します。 注：運動の停止をPCRピーク高さと運動の継続時間を監視することによって決定されます。これは、異なる患者における運動のわずかに異なる持続時間をもたらすことができると分析で説明することができます。 </li></ol></li></ol> 4.スキャンプロトコル<ol><li>適切な対象の位置を確認し、31 Pコイルの位置を特定するために3平面ローカライザを取得します。 注：ローカライザーシーケンスが自動的に開始され、インド系で中心レーザー光ガイド（ステップ2.9）を使用してated位置</li><li>第3平面ローカライザーを取得します。 <ol><li>第3平面ローカライザ画像上のスライスビューを開きます。 注：このプロセスは、異なるソフトウェアおよびハードウェアシステムについて異なっていてもよいです。 </li><li>センターとは、左クリックし、スライスグループに保持することにより、スライスの向きを回転させます。スライスグループを回転させます。スライスの最終的な向きは、ベビーオイルの位置と一致することを確認します。 </li><li>シーケンスルーチンウィンドウで、軸方向及びサジタル画像（ 図3b）で脚全体をカバーするためにスライス数を増やします。 </li></ol></li><li> 31 P分光シーケンス： <ol><li>以下の非局在化しパルス取得シーケンスパラメータを使用してください：TR：1,000ミリ秒。 TE：0.34ミリ秒;スペクトル幅：2,000ヘルツ。フリップ角：90度。取得したデータポイント：1024; 1スペクトルごとに6秒の時間分解能が得られる4平均値。 </li></ol></li><li> 31 Pシム洪明甫Xの配置： <ol><li>マウスを使用して、画面の上部に表示ウィンドウに二TRIPLANEのローカライザ画像をドラッグします。プロトコルウィンドウに分光シーケンスをドラッグし、ダブルクリックして開きます。 </li><li> （水平線と黒い四角形を選択）シムボクセルを可視化するために位置ツールバーを使用します。このオプションを選択した後、ローカライザ画像上の緑色のボックスを観察します。 注：これはシムボクセルです。 </li><li>左クリックでボクセルを移動し、中央にボクセルを保持しています。サイズを変更し、左クリックし、ボックスのコーナーでボクセルを保持することによってボクセルの向きを回転させます。直接コイルの下のB0磁場の均一性を確保し、大腿四頭筋の平面に平行するようにシムボックスを配置します。 注：これは直接コイルの中心の下に組織の容積であるコイル、下に敏感な領域内の適切なシミングを確保することです。 </li><li> sensitivを識別するために3平面ローカライザ画像を使用しますEコイルの領域と大腿四頭筋の中に、この領域を包含するようにシムボックスを調整します。 注：シム・ボックスは、データ取得ボクセル（ 図3c）内のB0の均一性を確保するために、表面コイルの真の適用範囲よりも大きくすることができます。 </li><li> 31 P・テスト・買収： <ol><li>取得ビューアウィンドウを開き、取得ツールバーのヘッドアイコンを選択します。これは、リアルタイムで分光獲得の閲覧が可能になります。 </li><li> 31Pシムボクセルを配置した後、プロトコルウィンドウの上部にある「実行」ボタンをクリックすることで、単一のスペクトルを得るためにシーケンスを実行します。 </li><li> B0シミングの品質を調べます。取得窓が得られたスペクトルを観察します。 0 ppmの中心に顕著なのPCRピークと有意なノイズ（ 図4a、左）を確認します。 注：トラブルシューティング：スペクトルは騒々しい表示された場合は、シムボックスは筋肉内に配置されていることを確認してください。広告ちょうどサイズ及びシムボックスの位置は、信号対雑音比を改善します。必要に応じてテスト買収を繰り返します。 </li><li> PCRピーク高さを確認するためには、分光ツール（「アプリケーション」→「分光法」）にスペクトルを開きます。患者のフォルダ（フォルダツリーのアイコン）を開き、適切なスキャンを選択して、スペクトルをロードするためにダブルクリックします。 </li></ol></li></ol></li><li>運動前のT1の画像： <ol><li>コイルの中心にシングルスライス軸T1強調画像を得ます。 </li></ol></li><li> 31 P運動前の取得： <ol><li>左クリックとプロトコル・ウィンドウにシーケンスをドラッグして（最高のスペクトル品質を生産）ステップ4.4からの配列をコピーします。すべての後続の測定のために、このシーケンスを使用してください。 </li><li>被写体が静止している一方でシーケンスルーチンウィンドウで、10の測定値を取得するために1〜10を選択し、実行からの測定値の数を増やします。 </li></ol></li><li> 31 &lt;/ SUP&gt; Pの運動取得： 注：これは、分析のために重要であるように、開始と終了の運動時間を慎重にメモしておいてください。 <ol><li>残り：以前のスキャンからのシムの設定を適用し、20回の測定を取得する順序を設定します。カウントダウン後に蹴りを開始するために、対象を指示します。 2測定のために停止したままであるために、被験者に指示します。 </li><li>運動：〜30秒（またはPCRピーク振幅の30％の低下を達成するのに必要な時間）が膝伸展運動を行うために被写体を確認して下さい。被験者は十分なのPCR枯渇を達成した後、休息してもらいます。 </li></ol></li><li> 31 P、運動後の買収： <ol><li>安静時に追加の20の測定値を取得します。運動後の買収は（右、 図4a）の一時停止またはシム調整せずに、運動シーケンスの直後に開始していることを確認してください。 注：二つの別々の買収にこの回復期間の細分化は、私の分析が可能運動は繰り返す必要がある場合、オペレータは、完全な回復期間の取得を回避することを可能にする第20のダイナミックスペクトルの取得時nitial 20ダイナミックスペクトル。 </li></ol></li><li>運動の質の確保： <ol><li>運動の開始時と終了時のPCRピーク高さの比較。高品質運動セッションは、PCR濃度の約30％の減少をもたらします。 </li><li> PCRピーク高さは残りの開始時および回復の終わりに同じであることを確認します（通常は、&lt;10％の差が望まれています）。これは、取得時の磁場均一性の無視できる程度の損失があったことを保証します。 注：のPCr破壊が不十分である場合、または磁場均一性の損失があった場合には、（疲労を避けるように注意しながら）試験の行使/回復部分を繰り返し、コイルとストラップが確実に取り付けられていることを確認し、拡張運動および/または持続時間は、より激しい運動を奨励する（ 図4b）。 NOTEは：ステップ6と11を許可追加の品質管理工程で得られた画像の比較は、このように、最小限の動きが顕著に取得したデータに影響を与える可能性があるプロトコル、中に発生したことを確実にすること、により行使に大腿部とコイルのいずれかの変位を可視化します。 </li></ol></li><li>運動後のT1イメージング後、同一の取得パラメータを用いて予備運動軸T1撮像（ステップ4.5）を繰り返します。 <ol><li> PCRを十分枯渇に加えて、運動は筋肉のアシドーシスを誘導しなかったことを確実にするために、エンド運動のpHを測定します。 </li><li> PiとPCR（δPI）との間の化学シフトを測定し、次式60を使用してこれを実行します。 pH値= 6.77 +ログ[（δPI -3.29）/（5.68-δPI）] 注：pHが6.8 61より大きいままであるべきです。 PCR破壊が十分であるが、pHが低すぎると、略し運動試合を繰り返します持続時間および/または減少した強度でえー。 </li></ol></li><li>データを保存します： <ol><li> DICOMファイルとして取得したすべてのスペクトルを保存し、JMRUIを使用して処理するためにそれらをエクスポートします。 </li><li>スキャナーを使用している場合は、「ナビゲータ」ウィンドウ内のすべての分光買収を選択します。 </li><li>以下の下で「アプリケーション」、「ダイコムツール」→「エクスポートMRスペクトロスコピー」を選び、CにDICOM（* .dcm）ファイルを保存：/ユーザー/ MedCom /温度/ CDROFFLINE （このツールは、自動的にこの場所を選択します）。 </li><li>下に「転送」、「オフラインにエクスポート」を選択します。目的の場所に保存します。 </li></ol></li></ol> 5.データ処理と分析62 <ol><li>自由に利用できるJMRUIソフトウェア（; http://www.jmrui.eu/バージョン5.2）でMRスペクトルを分析します。 </li><li>アポダイズ位相はすべての取得時点（ 図5）上の均一性を確保するためにスペクトルをシフトします。 PCRピークが中央に表示されますスペクトル中のT 0 ppmです。 </li><li>それぞれ得られたスペクトルでのPCRピークの振幅を定量化するために、組み込みのアマレスアルゴリズムを使用してください。ピーク振幅は、その特定の時点における表面コイルの感度領域内に、PCRの濃度を表します。 </li><li>計算ソフトウェアでは、収集時間の関数としてのPCR濃度をプロットします。内蔵の計算ソフトウェアカーブフィットツールを使用して、以下の式52、63へのPCr回復期間のデータをフィット： <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq1.jpg" /></li><li> （ベースラインのPCR値を記録<img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq2.jpg" /> ）、最も低いPCR（ <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq3.jpg" /> ）、および回復時間（ <img alt="式4" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq4.jpg" /> 。 </li><li>適切な条件がEXER中に満たされていることを確認PCR枯渇、ベースラインPCRおよび最低のPCr間のパーセント差を計算することによりciseセッション。 50％の枯渇 - 理想的な運動セッションが20になります。 注：カーブフィッティングの品質は、R 2値が0.75以上であることを検証することによって確保することができます。 R 2の値が自動的にフィッティングソフトウェアによって計算されます。 </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

本稿では、骨格筋ミトコンドリア機能のシリアルおよび非侵襲的in vivoでの測定を提供する31 PMRSの検査のための標準プロトコルを記述しています。メタボリックシンドロームとその結果の罹患率および死亡率の増加負担を標的捜査の幅を考慮した場合、プロトコルは、かなりの魅力を保持しています。この31 PMRSプロトコルは、スキャナ最小限の時間を必要とし、市販の...

この作業の目的は、非侵襲的な能力の広い範囲を有する個体においてin vivo骨格筋ミトコンドリア機能に測定するための再現性のある方法を概説することです。異常なミトコンドリアの機能障害は、そのようなフリードライヒ失調症などの稀な疾患への老化や糖尿病などの一般的な条件から、メタボリックシンドロームや遺伝性疾患の広い範囲の特徴です。 メタボリックシンドロームとミトコンドリア機能障害 メタボリック症候群は、ミトコンドリアの機能を破壊骨格筋OXPHOSを押し下げ、および骨格筋1、2における異所性脂質貯蔵をもたらすことが示されています。代謝およびエネルギー恒常性を調節する重要な細胞小器官として、ミトコンドリアは肥満3,4の病態生理に関与している、インスリン抵抗性5 </sup&gt;、2型糖尿病（T2DM）6、7、糖尿病関連微小8、9、10、11および大血管合併症12,13、および非アルコール性脂肪肝疾患（NAFLD）14、15、16、とりわけO 2酸化還元酵素活性を5：抵抗.Insulinミトコンドリアのトリカルボン酸（TCA）流動速度、ATP合成速度、およびクエン酸シンターゼおよびNADHの減少を含む骨格筋ミトコンドリア活性における重大な変化によって特徴付けられます。 1つの仮説は、これらの変化が著しく、肥満および他の肥満rの間に増強された筋肉中の遊離脂肪酸（FFA）代謝産物の蓄積、に起因するかもしれないということです得意疾患2、17。高架のFFAおよび脂質中間体への筋の暴露は、脂質の酸化経路における遺伝子の発現だけでなく、TCAサイクルと電子輸送チェーン（ETC）18を減少させることができます。脂質の過負荷の設定におけるミトコンドリア骨格筋OXPHOS容量のこの減少は、定量的（ミトコンドリアの内容及び生物発生）の減少19と骨格筋ミトコンドリア20の定性的な機能を伴っています。 FFAに骨格筋や心筋細胞を公開する重度のインスリン抵抗性をもたらし、筋肉で増加したFFAの取り込みは、ヒトおよびげっ歯類21の両方におけるインスリン抵抗性と関連しています。脂質中間体セラミドおよびジアシルグリセロール（DAG）は、プロテインキナーゼCおよびPROTとして、直接のキナーゼの活性を変化させることにより、インスリンシグナル伝達経路を阻害することが示されていますEINキナーゼB 21。したがって、脂質由来分子は、骨格筋のインスリン抵抗性およびT2DMの発症において重要な役割を果たすように思われます。しかし、ミトコンドリアの容量の変化が原因またはインスリン抵抗22の結果であるかどうかは不明のままです。 フリードライヒ失調症およびミトコンドリア機能障害 減少OXPHOSはまた、遺伝的欠陥から生じ得ます。フリードリッヒ運動失調（FA）、遺伝性運動失調症の最も一般的な形態は、ミトコンドリア内鉄蓄積、活性酸素種の産生をもたらすフラタキシンにおける突然変異によって引き起こされる遺伝性疾患（FXN）遺伝子であり、酸化的リン酸化23の異常、 24、25、26。この重要な発見はwhic、標的治療の開発につながりましたHの目的は、サブ細胞レベルでのミトコンドリア機能を改善します。この理解にもかかわらず、in vivoでの限られた開発、FA臨床研究のための再現性のあるバイオマーカーがありました。実際には、FAにおける標的療法の効果的な評価に重要な障壁は、ミトコンドリア機能の変化を追跡することができないことです。現在の機能的手段は、例えば、心拍出量の減少を識別することができます。しかしながら、それらは、機能不全が起こるレベル（ 図1）を決定することができません。識別し、フリードリッヒ運動失調における疾患の進行を評価するために使用され得るミトコンドリア機能の信頼できるマーカーの開発は、標的療法の関連する機械的影響を評価することが重要です。 減損OXPHOSと心機能不全 異常なミトコンドリア機能、のいずれかの取得または遺伝的には、カルディの発症または進行に寄与し得ます交流機能不全。圧負荷および心不全の条件下では、FFAの一次エネルギー基質優先スイッチがグルコースします。これは、減少したETC活性および酸化的リン酸化27に関連しています。心機能障害におけるミトコンドリアの生体エネルギーの病態生理は、ミトコンドリアの欠陥の主な起源に応じて異なる場合があります。糖尿病および還元基板の柔軟性、エネルギー効率、および最終的には、拡張機能障害28、29につながるような障害の生合成及び脂肪酸代謝のような心筋におけるミトコンドリア異常、代謝症候群をもたらします。心筋細胞30、31の大幅なミトコンドリアの鉄蓄積でFAで、一方、フラタキシン欠乏の結果。鉄蓄積は、&lt;フェントン反応32を介してフリーラジカルの産生をもたらします/ SUP&gt;とフリーラジカル誘発性心筋損傷の可能性が高くなります。ミトコンドリア内鉄蓄積はまた、酸化ストレスに対する感受性の増加および減少の酸化容量30、31に関連しています。フラタキシン欠乏に起因する鉄蓄積とそれに続く異常なミトコンドリア機能は、したがって、FA 33、34で観察された損なわれた心臓のエネルギー特性や心筋症を担当することがあります。骨格筋のミトコンドリア中の還元酸化能力は、運動不耐性に匹敵し、心不全（HF）35で代謝能を低下させたことに注目することも興味深いです。骨格筋OXPHOS容量の測定は、本明細書に詳述するように、容易に実現可能で堅牢です。 HFにおける骨格筋OXPHOSの重要性と相まって、これらの機能は、それ聞くの総合的な研究における魅力的なバイオマーカー作りますトン病36。 減損OXPHOS及び添付の心機能不全は、代謝およびミトコンドリア病の取るに足らない態様ではありません。糖尿病および代謝性疾患を有する対象は、心血管疾患を発症するリスクが高いと心筋梗塞（MI）37、38、39、40、41後の超過死亡率を持っています。 FAの半分以上の被験者は、心筋症、および心臓不整脈や心不全42の多くのダイを持っています。したがって、縮小OXPHOSの定量化は、心機能障害の早期発見と治療のための可能性だけでなく、これらの疾患における主要な臨床負担を軽減することができます。 直接OXPHOS容量を増加させる標的療法は、WHE、対象の治療を改善するための有望な領域でありますTHER代謝機能不全の原因は、遺伝的または後天性です。現在、異常なミトコンドリア機能43を軽減またはプライマリ遺伝的欠陥44を修正いずれかの新たな標的薬の開発は、FAの錯乱生体エネルギー特性を向上させることができます。取得されたミトコンドリア機能不全の場合には、増大した身体活動は、機能45、46、47、ミトコンドリアを向上させることができます。 ミトコンドリア機能の非侵襲的バイオマーカーとして31リン磁気共鳴分光法 かかわらず、試験された治療の、骨格筋の生体エネルギーのin vivo評価に統合され、特に重度の運動不耐性または従来のメタボを受けることができないの被験者に、対象となる介入の影響を評価するための重要なツールです。LICのテスト。体全体の細胞内リン（31 PMRS）に同調磁気共鳴分光法、さまざまな高エネルギー基質に見出される内因性の核は、で磁石の運動回復プロトコルを含む、様々なアプローチを用いて、ミトコンドリアの酸化的能力を定量化するために使用されてきたと筋肉刺激プロトコル48。運動回復プロトコルは規制し、バースト型抵抗と準静的な運動を可能にするストラップとパッドのシンプルな構成にワークロードを測定MRI対応エルゴメーターから複雑で測距装置の様々に依存しています。これらのプロトコルのいずれかの主要な目標の一つは、アデノシン三リン酸（ATP）の需要が最初にクレアチンキナーゼ反応49を介してホスホクレアチンの酵素的分解法（PCR）を介して満たされているエネルギーの不均衡を生成することです。運動の停止時に、ATP産生の速度は、酸化フォーによって支配されますsphorylationとは、ミトコンドリア50の生体内容量の最大値を表します。また、運動後の回復中OXPHOSは、一次速度反応51により説明することができます。 PCRを運動後の回復は、したがって、酸化ATP合成のためのより大きな能力を表すτPCRを小さい値を有する指数関数の時定数（τPCR）をフィッティングすることによって定量することができます。重要な努力が31 ex vivoでに対するPMRSとOXPHOSのより直接的な対策を検証し、この手法52、53、54、55の潜在的な臨床適用性を実証するために行われてきました。 注目すべきことに、この研究で説明されたプロトコルは、臨床的に利用可能なスキャナ上で実施することができ、広く非侵襲性バイオマーカーのOとして確認されていますFミトコンドリア機能56。しかし、神経筋障害や移動度の変化する重大度を持つ個人への適用のために最適化された運動31 PMRSプロトコルは、よく57を確立されていません。明確に定義され、広く-該当する運動プロトコルと31 PMRS技術は、ミトコンドリア機能の基本的な異常を伴う疾患の評価に特に有用であろう。 いくつかの先行研究では、被験者におけるミトコンドリア機能を定量化するために非侵襲的技術の応用を検討しています。例えば、これらの技術は、2型糖尿病の36の被験者における障害OXPHOSを示しています。ロディら。最初のFAを有する被験者にPMRS技術の実現可能性をテストし、1）FAにおける基本的な遺伝的欠陥は、骨格筋OXPHOSを損ない、2）GAAトリプレットの数が繰り返され、骨格筋Oに反比例することがわかりましたXPHOS 33。より最近では、Nachbauer ら。 7科目とFAの治験における二次アウトカム指標としてPMRSを使用していました。 PCr回復時間はロディの初期の作品を再確認し、FAでの異常なフラタキシン発現の効果がPMRS技術58を使用して検出可能であるミトコンドリア能力の低下をもたらすことができることを示す、対照と比較して、被験者において有意に長かったです。 信頼性の高い方法は十分に実現可能な、費用対効果、および再現可能な方法で生体内骨格筋の機能に定義するためには、ミトコンドリアの機能に影響を与える疾患の範囲の主題転帰を改善するために重要です。 この作品は31 PMRSを使用して、骨格筋の生体内最大酸化能力に取得するための堅牢な手順の概要を説明します。内磁石運動プロトコルはよく物理的および関数Aの広い範囲にわたる個人によって許容されますリットルの能力と安価で広く入手可能な装置を使用して簡略化された対象のセットアップを与えます。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="883">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">1.5 T MR Scanner</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:251px;">manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:331px;">10 cm 31P transmit-receive coil, 1.5T compatible</td>
			<td style="width:165px;">PulseTeq</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">3 fl oz Baby Oil</td>
			<td style="width:165px;">Johnson &#38; Johnson</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">Foam triangle cushion (Knee)</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">(3) plastic buckle resistive straps; table to table</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">(1) plastic buckle resistive strap; self-connecting</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy: a tool for measuring in vivo mitochondrial oxidative phosphorylation capacity in human skeletal muscle

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo and noninvasively in humans via phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS). However, the approach has not been widely adopted in translational and clinical research, with variations in methodology and limited guidance from the literature. Increased optimization, standardization, and dissemination of methods for in vivo 31PMRS would facilitate the development of targeted therapies to improve OXPHOS capacity and could ultimately favorably impact cardiovascular health. 31PMRS produces a noninvasive, in vivo measure of OXPHOS capacity in human skeletal muscle, as opposed to alternative measures obtained from explanted and potentially altered mitochondria via muscle biopsy. It relies upon only modest additional instrumentation beyond what is already in place on magnetic resonance scanners available for clinical and translational research at most institutions. In this work, we outline a method to measure in vivo skeletal muscle OXPHOS. The technique is demonstrated using a 1.5 Tesla whole-body MR scanner equipped with the suitable hardware and software for 31PMRS, and we explain a simple and robust protocol for in-magnet resistive exercise to rapidly fatigue the quadriceps muscle. Reproducibility and feasibility are demonstrated in volunteers as well as subjects over a wide range of functional capacities.

再現性の研究 六人のボランティア（男性4人と女性2人、平均年齢：24.5±6.2歳）なし自己報告心臓、代謝、またはミトコンドリア病とは、技術を評価するために、1週間以内に2別の日に説明した31 PMRS運動とイメージング技術のセッションを受けました再現性（ 図6a）。正常なボランティア?...

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Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle.

リン-31磁気共鳴分光法：測定するためのツール<em&gt;インビボ</emヒト骨格筋における&gt;ミトコンドリア酸化的リン酸化能力

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

phosphorus-31-magnetic-resonance-spectroscopy-tool-for-measuring-vivo

Research

JoVE Journal

Medicine

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

11.6K ビュー.  The Ohio State University. This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle. 

ビデオ: Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
contractions. The pelvic limb of an anesthetized dog is immobilized in a stereotactic frame to align the tibia at a right angle to the femur. Adhesive wrap affixes the 
paw to a pedal mounted on the shaft of a servomotor to measure torque. Percutaneous nerve stimulation activates pelvic limb muscles of the paw to either push (extend) or 
pull (flex) against the pedal to generate isometric torque. Percutaneous tibial nerve stimulation activates tibiotarsal extensor muscles. Repeated eccentric (lengthening) 
contractions are induced in the tibiotarsal flexor muscles by percutaneous peroneal nerve stimulation. The eccentric protocol consists of an initial isometric contraction 
followed by a forced stretch imposed by the servomotor. The rotation effectively lengthens the muscle while it contracts, e.g., an eccentric contraction. During 
stimulation flexor muscles are subjected to an 800 msec isometric and 200 msec eccentric contraction. This procedure is repeated every 5 sec. To avoid fatigue, 4 min rest 
follows every 10 contractions with a total of 30 contractions performed.

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and painless method to measure canine hindlimb muscle strength and muscle response to repeated eccentric contractions.

ビボ犬筋肉の機能アッセイに

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
...

医学

Skeletal Muscle Gender Dimorphism from Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably adaptable to environmental factors1 such as hypertrophy by resistance exercise and atrophy by disuse. It thereby exhibits remodeling and adaptations to stressors (heat, ischemia, heavy metals, etc.)2,3. Damage can occur to muscle by a muscle exerting force while lengthening, the so-called eccentric contraction4. The contractile proteins can be damaged in such exertions and need to be repaired, degraded and/or resynthesized; these functions are not part of the contractile proteins, but of other much less abundant proteins in the cell. To determine what subset of proteins is involved in the amelioration of this type of damage, a global proteome must be established prior to exercise5 and then followed subsequent to the exercise to determine the differential protein expression and thereby highlight candidate proteins in the adaptations to damage and its repair. Furthermore, most studies of skeletal muscle have been conducted on the male of the species and hence may not be representative of female muscle. 
In this article we present a method for extracting proteins reproducibly from male and female muscles, and separating them by two-dimensional gel electrophoresis followed by high resolution digital imaging6. This provides a protocol for spots (and subsequently identified proteins) that show a statistically significant (p &lt; 0.05) two-fold increase or decrease, appear or disappear from the control state. These are then excised, digested with trypsin and separated by high-pressure liquid chromatography coupled to a mass spectrometer (LC/MS) for protein identification (LC/MS/MS)5. This methodology (Figure 1) can be used on many tissues with little to no modification (liver, brain, heart etc.).

A straight-forward set of methods to isolate and determine the identity of the most abundant proteins expressed in skeletal muscle. About 800 spots are discerned on a two-dimensional gel from 10 mg muscle; this allows for the determination of gender-specific protein expression. These methods will give equivalent results in most tissues.

プロテオミクスから骨格筋の性別二型

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably ...

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell proliferation in the bone marrow cavity as well as for interaction of tumor and bone cells resulting in local bone destruction. Our aim was to develop a model of experimental bone metastasis that allows in vivo assessment of angiogenesis in skeletal lesions using non-invasive imaging techniques.
For this purpose, we injected 105 MDA-MB-231 human breast cancer cells into the superficial epigastric artery, which precludes the growth of metastases in body areas other than the respective hind leg1. Following 25-30 days after tumor cell inoculation, site-specific bone metastases develop, restricted to the distal femur, proximal tibia and proximal fibula1. Morphological and functional aspects of angiogenesis can be investigated longitudinally in bone metastases using magnetic resonance imaging (MRI), volumetric computed tomography (VCT) and ultrasound (US).
MRI displays morphologic information on the soft tissue part of bone metastases that is initially confined to the bone marrow cavity and subsequently exceeds cortical bone while progressing. Using dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) functional data including regional blood volume, perfusion and vessel permeability can be obtained and quantified2-4. Bone destruction is captured in high resolution using morphological VCT imaging. Complementary to MRI findings, osteolytic lesions can be located adjacent to sites of intramedullary tumor growth. After contrast agent application, VCT angiography reveals the macrovessel architecture in bone metastases in high resolution, and DCE-VCT enables insight in the microcirculation of these lesions5,6. US is applicable to assess morphological and functional features from skeletal lesions due to local osteolysis of cortical bone. Using B-mode and Doppler techniques, structure and perfusion of the soft tissue metastases can be evaluated, respectively. DCE-US allows for real-time imaging of vascularization in bone metastases after injection of microbubbles7.
In conclusion, in a model of site-specific breast cancer bone metastases multi-modal imaging techniques including MRI, VCT and US offer complementary information on morphology and functional parameters of angiogenesis in these skeletal lesions.

In the pathogenesis of bone metastasis, angiogenesis is a crucial process and therefore represents a target for imaging and therapy. Here, we present a rat model of site-specific breast cancer bone metastasis and describe strategies to non-invasively image angiogenesis in vivo using magnetic resonance imaging, volumetric computed tomography and ultrasound.

磁気共鳴イメージング、体積CT画像と超音波を用いた乳がんの骨転移のヌードラットモデルにおける血管新生のマルチモーダルイメージング

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Tibial Nerve Transection - A Standardized Model for Denervation-induced Skeletal Muscle Atrophy in Mice

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. Although originally developed and used extensively in the rat due to its larger size, the tibial nerve in mice is big enough that it can be easily manipulated with either crush or transection, leaving the peroneal and sural nerve branches of the sciatic nerve intact and thereby preserving their target muscles. Thus, this model offers the advantages of inducing less morbidity and impediment of ambulation than the sciatic nerve transection model and also allows investigators to study the physiologic, cellular and molecular biologic mechanisms regulating the process of muscle atrophy in genetically engineered mice. The tibial nerve supplies the gastrocnemius, soleus and plantaris muscles, so its transection permits the study of denervated skeletal muscle composed of fast twitch type II fibers and/or slow twitch type I fibers. Here we demonstrate the tibial nerve transection model in the C57Black6 mouse. We assess the atrophy of the gastrocnemius muscle, as a representative muscle, at 1, 2, and 4 weeks post-denervation by measuring muscle weights and fiber type specific cross-sectional area on paraffin-embedded histologic sections immunostained for fast twitch myosin.

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of skeletal muscle atrophy. The model surgical protocol is described and demonstrated in C57Black6 mice. &#160;

脛骨神経切断 - マウスにおける脱神経誘発性骨格筋萎縮のために標準化されたモデル

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. ...

Human Skeletal Muscle Biopsy Procedures Using the Modified Bergstr&#246;m Technique

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly effective. This video describes the percutaneous biopsy technique using a modified Bergstr&#246;m needle to obtain skeletal muscle tissue samples from the vastus lateralis of human subjects. The Bergstr&#246;m needle consists of an outer cannula with a small opening (&#8216;window&#8217;) at the side of the tip and an inner trocar with a cutting blade at the distal end. Under local anesthesia and aseptic conditions, the needle is advanced into the skeletal muscle through an incision in the skin, subcutaneous tissue, and fascia. Next, suction is applied to the inner trocar, the outer trocar is pulled back, skeletal muscle tissue is drawn into the window of the outer cannula by the suction, and the inner trocar is rapidly closed, thus cutting or clipping the skeletal muscle tissue sample. The needle is rotated 90&#176;&#160;and another cut is made. This process may be repeated three more times. This multiple cutting technique typically produces a sample of 100-200 mg or more in healthy subjects and can be done immediately before, during, and after a bout of exercise or other intervention. Following post-biopsy dressing of the incision site, subjects typically resume their activities of daily living right away and can fully participate in vigorous physical activity within 48-72 hr. Subjects should avoid heavy resistance exercise for 48 hr to reduce the risk of herniation of the muscle through the incision in the fascia.

The purpose of this video is to present the modified Bergstr&#246;m skeletal muscle biopsy technique on human subjects.

変更されたベルイストローム法を用いたヒト骨格筋生検手順

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of living systems. Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using qMRI methods. The MRI acquisition protocol begins with localizer images (used to locate the position of the body and tissue of interest within the MRI system), quality control measurements of relevant magnetic field distributions, and structural imaging for general anatomical characterization. The qMRI portion of the protocol includes measurements of the longitudinal and transverse relaxation time constants (T1 and T2, respectively). Also acquired are diffusion-tensor MRI data, in which water diffusivity is measured and used to infer pathological processes such as edema. Quantitative magnetization transfer imaging is used to characterize the relative tissue content of macromolecular and free water protons. Lastly, fat-water MRI methods are used to characterize fibro-adipose tissue replacement of muscle. In addition to describing the data acquisition and analysis procedures, this paper also discusses the potential problems associated with these methods, the analysis and interpretation of the data, MRI safety, and strategies for artifact reduction and protocol optimization.

Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using non-invasive magnetic resonance imaging methods.

骨格筋疾患の定量的磁気共鳴イメージング

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and well tolerated technique. The Weil-Blakesley conchotome has a sharp biting tip with a 4 - 6 mm wide hollow. It is inserted through a 5 - 10 mm skin incision and can be maneuvered for controlled tissue penetration. The tip is opened and closed within the tissue and then rotated through 90 -180&#176; to cut the muscle. The amount of muscle obtained following repeated sampling can vary from 20 mg to 290 mg which can be processed for both histology and molecular studies. The wound needs to be kept dry and vigorous physical activity kept to a minimum for approximately 72 hr although normal levels of activity can restart immediately following the procedure. This procedure is safe and effective when close attention is paid to the selection of subjects, full asepsis and post procedure care. &#160;Both right and left vastus lateralis are suitable for biopsy dependent on participant preference.

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

This video demonstrates the technique of percutaneous muscle biopsy of the human vastus lateralis using the Weil-Blakesley conchotome.

人間<em&gt;外側広筋</emワイル・ブレークスリーConchotomeを使用&gt;骨格筋生検

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and ...

Depletion of Mouse Cells from Human Tumor Xenografts Significantly Improves Downstream Analysis of Target Cells

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic patient tumors in different assays1. Human tumor xenografts represent the gold standard with respect to tumor biology, drug discovery, and metastasis research 2-4. Tumor xenografts can be derived from different types of material like tumor cell lines, tumor tissue from primary patient tumors4 or serially transplanted tumors. When propagated in vivo, xenografted tissue is infiltrated and vascularized by cells of mouse origin. Multiple factors such as the tumor entity, the origin of xenografted material, growth rate and region of transplantation influence the composition and the amount of mouse cells present in tumor xenografts. However, even when these factors are kept constant, the degree of mouse cell contamination is highly variable.
Contaminating mouse cells significantly impair downstream analyses of human tumor xenografts. As mouse fibroblasts show high plating efficacies and proliferation rates, they tend to overgrow cultures of human tumor cells, especially slowly proliferating subpopulations. Mouse cell derived DNA, mRNA, and protein components can bias downstream gene expression analysis, next-generation sequencing, as well as proteome analysis 5. To overcome these limitations, we have developed a fast and easy method to isolate untouched human tumor cells from xenografted tumor tissue. This procedure is based on the comprehensive depletion of cells of mouse origin by combining automated tissue dissociation with the benchtop tissue dissociator and magnetic cell sorting. Here, we demonstrate that human target cells can be can be obtained with purities higher than 96% within less than 20 min independent of the tumor type.

Human tumor xenografts are vascularized and infiltrated by cells of mouse origin during the growth phase in vivo. To circumvent the bias caused by these contaminating cells during downstream analysis, we developed a method allowing for comprehensive depletion of all mouse cells by magnetic cell sorting.

ヒト腫瘍異種移植片からマウス細胞の枯渇は大幅に標的細胞の下流分析を向上させます

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.

磁気共鳴映像法を用いた実験的大脳マラリアモデルにおける浮腫発生と微小血管病変のin vivo追跡

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher magnetic field strengths and potentially provides improved signal contrast and spatial resolution. While promising results have been achieved, ultra-high field CMR is challenging due to energy deposition constraints and physical phenomena such as transmission field non-uniformities and magnetic field inhomogeneities. In addition, the magneto-hydrodynamic effect renders the synchronization of the data acquisition with the cardiac motion difficult. The challenges are currently addressed by explorations into novel magnetic resonance technology. If all impediments can be overcome, ultra-high field CMR may generate new opportunities for functional CMR, myocardial tissue characterization, microstructure imaging or metabolic imaging. Recognizing this potential, we show that multi-channel radio frequency (RF) coil technology tailored for CMR at 7 Tesla together with higher order B0 shimming and a backup signal for cardiac triggering facilitates high fidelity functional CMR. With the proposed setup, cardiac chamber quantification can be accomplished in examination times similar to those achieved at lower field strengths. To share this experience and to support the dissemination of this expertise, this work describes our setup and protocol tailored for functional CMR at 7 Tesla.

The sensitivity gain inherent to ultrahigh field magnetic resonance holds promise for high spatial resolution imaging of the heart. Here, we describe a protocol customized for functional cardiovascular magnetic resonance (CMR) at 7 Tesla using an advanced multi-channel radio-frequency coil, magnetic field shimming and a triggering concept.

7 テスラで心臓磁気共鳴イメージング

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...

リン-31磁気共鳴分光法：測定するためのツール

要約

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